[发明专利]一种抗偏移的磁耦合无线电能传输充电装置

权利要求书

1.一种抗偏移的磁耦合无线电能传输充电装置，其特征在于，包括信号发生器、功率放大器、可切换线圈、测距模块、控制器、接收线圈和负载；可切换线圈包含N₀个可用于无线电能传输的发射线圈，信号发生器与功率放大器相连，功率放大器与可切换线圈相连，可切换线圈与测距模块相连，测距模块与控制器相连，信号发生器、功率放大器、可切换线圈和测距模块位于无线电能传输的发射端，可切换线圈与接收线圈间通过磁耦合进行无线电能传输，接收线圈与负载相连接，接收线圈与负载位于无线电能传输的接收端；

发射端测距模块测量接收线圈与发射线圈的水平偏移距离h与垂直偏移距离d并将测量的距离发送给控制器，控制器根据收到的距离，计算可切换线圈的每一个发射线圈与接收线圈的互感、每一个发射线圈内阻和效率系数，并选择效率系数最大的发射线圈，将其用于无线电能传输；

对于发射线圈n，控制器计算发射线圈n与接收线圈的互感Mn，互感Mn的计算公式为：

，

其中，N₁、N₂分别为发射线圈n与接收线圈的每层匝数，r₁为发射线圈n的半径，r₂为接收线圈的半径，μ₀为真空磁导率，R_QN为两线圈上任意两点间距离，θ和φ分别为接收线圈上的任意点相对于发射线圈n上的任意点的方位角和俯仰角，R_QN的计算公式为：

控制器根据费雷拉公式计算发射线圈n的内阻R_n，其计算公式为：

R_n＝R_DC+R_AC，

式中，R_DC为发射线圈n的直流电阻，R_AC为发射线圈n的交流电阻，ρ为铜的电阻率，m和N分别为线圈的层数和匝数，l_w为发射线圈的铜线长度，d_s为发射线圈的铜线直径，f为电流频率，单位为Hz，r_s为发射线圈的铜线半径，n_s为发射线圈的铜线的数量，f_h为发射线圈的交流电阻值为直流电阻值两倍时的交流电频率,μ为介质的磁导率，k为导体中电线的面积与导体带绝缘体的面积之比；

控制器根据M_n和R_n计算γ_n，γ_n为发射线圈n的效率系数，控制器选择γ_n的最大值所对应的发射线圈，将其用于无线电能传输，n＝1,2,…,N₀。

2.如权利要求1所述的抗偏移的磁耦合无线电能传输充电装置，其特征在于，发射线圈n的内阻为R_n，发射线圈n的补偿电容为C_n，接收线圈L_RX包含寄生电阻R_RX和补偿电容C_RX；接收线圈的电感为L_RX，负载的电阻为R_L，可切换线圈的电感为L_n；功率放大器的内阻为R_s，其输入电压为V_s。

3.如权利要求1所述的抗偏移的磁耦合无线电能传输充电装置，其特征在于，

当接收线圈与发射线圈的水平偏移距离h与垂直偏移距离d发生变化后，控制器重新计算可切换线圈的每一个发射线圈与接收线圈的互感、每一个发射线圈内阻和效率系数，并选择效率系数最大的发射线圈，将其用于无线电能传输。